基于三維的柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及左主軸箱設計畢業(yè)論文.doc

基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計1第一章概述風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟的各部門，利用風機產(chǎn)生的氣流做介質進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。所以，在我國的冶金、有色金屬、化工、建材和煤炭等部門，風機得到了廣泛地應用。風機的工作是以輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率來體現(xiàn)的，這些工作參數(shù)之間存在著相應的關系，當流量與轉速變化時，會引起其他參數(shù)相應的變化。為了正確選擇、使用風機1，必須了解這些參數(shù)間的相互關系。由于風機理論至今仍欠完善，所以風機狀態(tài)參數(shù)的獲取主要依賴于狀態(tài)試驗。風機狀態(tài)測試試驗是在風機轉速不變的情況卜，改變風機的流量，檢測風機各狀態(tài)參數(shù)，并繪制狀態(tài)曲線的過程。目前，風機用戶為了提高經(jīng)濟效益，在選擇風機時對它的各項狀態(tài)指標提出了更為嚴格的要求，如壓力，流量，轉速，功率，噪聲，可靠性等。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設計，提高機械加工的同時，也對風機狀態(tài)試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。由此可見，風機狀態(tài)試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設計開發(fā)都至關重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，狀態(tài)試驗尤為重要。長期以來，我國的風機測試手段比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制曲線為主，存在測量手段落后，測量精度不高和勞動強度大等缺點2。隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，我國工業(yè)自動化程度越來越高，使得風機參數(shù)的自動采集成為可能。近年來，我國少數(shù)單位在通風機測試技術方面有了新的研究或使用了微型計算機3，但他們有的測試參數(shù)不完全，只能完成某一部分的測試任務；有的測試系統(tǒng)龐大而復雜，不能作為通用系統(tǒng)得以推廣。所以，目前在國家標準的基礎上，如何利用高新科技手段實現(xiàn)風機狀態(tài)的自動檢測與分析已成為國內(nèi)多數(shù)風機生產(chǎn)廠家及風機研究單位的迫切需要4。現(xiàn)代科學技術的進步以計算機技術的進步為代表，不斷更新的計算機技術從各個層面上影響、引導各行各業(yè)的技術更新?；谟嬎銠C技術的虛擬儀器以不可逆轉的力量推動著測控技術的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進了以儀器為基礎的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構造方法的進化，過去獨立分散、互不相干的許多領域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術方法和技術規(guī)范。虛擬儀器技術能充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應用虛擬儀器技術，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，用比過去更少的時間開發(fā)出功能更強、質量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)。56所以，為提高風機狀態(tài)試驗測試系統(tǒng)的狀態(tài)，并考慮到風機生產(chǎn)廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現(xiàn)有風機狀態(tài)試驗臺的基礎上利用計算機技術、電子技術、儀器技術的結合(即虛擬儀器)，設計一種具有如下特點的計算機輔助風機狀態(tài)自動測試與分析系統(tǒng)。(1)自動采集風機狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標達到國家規(guī)定標準7。(2)自動控制風機轉速。(3)自動進行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、打印、查詢等功能。(4)自動繪制風機狀態(tài)曲線。(5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用?；谔摂M測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計2第二章系統(tǒng)總體方案的確定2.1風機狀態(tài)試驗方法由于風機內(nèi)部流體運動的復雜性，至今還不能用理論的方法精確計算出它的各種損失，因而不能正確的計算出各種狀態(tài)參數(shù)，所以用計算的方法得到的狀態(tài)曲線與實際工作狀態(tài)曲線之間存在較大差異，特別是對于非設計工況，計算值與實際值的誤差更大。因此，風機的工作狀態(tài)參數(shù)由試驗得到，試驗的目的在于確定工作狀態(tài)曲線，從而確定風機的工作范圍，以便向用戶提供可靠的使用數(shù)據(jù)。2.1.1風機狀態(tài)參數(shù)89風機狀態(tài)試驗裝置分為風室式和風管式兩類。風室式試驗裝置由流量測試管路、風室、輔助通風機、流量調節(jié)器和整流器等組成，根據(jù)腔室與通風機進口和出口的連接方式不同，分為進氣風室和出氣風室兩種試驗裝置；風管式試驗由測試管路、流量調節(jié)裝置、整流裝置及錐形連接管等組成，根據(jù)試驗管路與通風機進氣口和出氣口的連接方式不同，分為進氣、出氣、進出氣三種試驗裝置。(l)進氣試驗:這種布置形式只在風機進口裝設管道，如圖2一1所示。氣體從集流器l進入吸風管道2，再流入葉輪3，在管道進口處裝有調節(jié)風量用的錐形節(jié)流門4，并在吸風管道中放置測量流量用的畢托管5和靜壓測管6。(2)排氣試驗:這種布置形式只在風機出口設置管道，如圖2一2所示。氣體從集流器1進入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風管道3流出，用出口錐形二冷流門4調節(jié)流量，并在管道上裝設靜壓測管5和畢托管6。(3)進排氣聯(lián)合試驗:這種布置形式是在風機進出口都裝設管道，如圖2一3所示。氣體由集流器1進入吸風管2。經(jīng)葉輪3流入排風管道4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調節(jié)風量。并在進出口管道上裝設靜壓測管6和畢托管7。在試驗中采用哪一種布置形式，可根據(jù)各自的習慣及現(xiàn)場的試驗條件來決定。例如送風機是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應采用排氣試驗裝置。引風機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應采用進排氣聯(lián)合試驗裝置。因本系統(tǒng)原有試驗臺為一風管式試驗臺，所以，本系統(tǒng)采用風管式排氣試驗裝置。圖2一l進氣試驗裝置1一集流器2一進氣風管3一葉輪4一錐形節(jié)流門5一畢托管6一靜壓測管圖2一2排氣試驗裝置1一集流器2一葉輪3一排氣風管4一錐形節(jié)流門5一靜壓測管6一畢托管基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計3圖23進排氣試驗1一集流器2一吸風管3一葉輪4一排風管5一錐形節(jié)流閥6一靜壓測管7一畢托管由風機狀態(tài)試驗方法可以看出，風機狀態(tài)試驗應主要完成試驗數(shù)據(jù)的測量、風機試驗臺的控制、風機狀態(tài)參數(shù)的計算和風機狀態(tài)曲線的繪制四部分內(nèi)容。所以，如何使這四部分功能自動實現(xiàn)是系統(tǒng)設計的關鍵。2.2虛擬儀器技術及其應用虛擬儀器技術是日益發(fā)展的計算機技術、儀器技術密切結合，共同孕育出的一項新成果，是90年代計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術革命的產(chǎn)物。以計算機作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統(tǒng)。由于儀器的專業(yè)化功能和面板控件都是由軟件形成，因此國際上把這類新型儀器稱為“虛擬儀器”12。虛擬儀器首先由美國國家儀器公司(NationalInstrumentsCorporation簡稱NI)于1986提出。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。它給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶(而不是廠家)可以隨心所欲的根據(jù)自己的需要，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的儀器需求。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件只是為了解決信號的輸入與輸出，軟件才是整個系統(tǒng)的關鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便的改變、添減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表2一l所示；1314。從這個比較中不難看出虛擬儀器的巨大優(yōu)越性。虛擬儀器系統(tǒng)的概念是測控系統(tǒng)的抽象，不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的:采集數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，然后顯示并處理結果。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器由用戶自己定義，這就意味著我們可以自由組合計算機平臺、硬件、軟件以及各種完成應用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應商定義的傳統(tǒng)儀器上達不到的。結合實際情況，我國正處于競爭激烈的市場經(jīng)濟潮流之中，作為科J汗部門要多出成果；作為生產(chǎn)、制造部門，要盡快開發(fā)出新產(chǎn)品，把新產(chǎn)品推向市場，同時還要考慮生產(chǎn)率、效率、成本、質量等諸多因素。所以應用最現(xiàn)代化的手段，最新的技術，構建簡潔、實用、可靠、完備和高狀態(tài)/價格比的應用系統(tǒng)是必不可少的。從90年代中期以來，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)人學、重慶大學、西安交通大學、西安電子科技大學、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設計平臺以及引進消化NI公司、HP公司的產(chǎn)品等方面做了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成果。據(jù)世界儀表與自動化雜志報道，21世紀初，虛擬儀器的生產(chǎn)廠家將超過千家，品種將達到數(shù)千種，市場占有率將達到電測與電控儀器的50%。美國Geomatics公司于19%年采用虛擬儀器開發(fā)工具一LabVIEw軟件開發(fā)了自動灌溉系統(tǒng)；美國Goldsmith種子公司于1997年利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)了計算機自動化秧苗分析系統(tǒng)(CASA)；密執(zhí)基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計4安工業(yè)大學于1996年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點。161718表2一l虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較15傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器由廠商定義用戶自己定義硬件是關鍵軟件是關鍵儀器功能規(guī)模固定系統(tǒng)規(guī)模功能可通過軟件增減修改封閉的系統(tǒng)，與其他設備連接受限基于計算機的開發(fā)系統(tǒng)，可方便的同外設，網(wǎng)絡及其它應用程序連接價格昂貴價格低，可重復利用技術更新慢（周期5-10年）技術更新快（周期1-2年）開發(fā)和維護費用高軟件結構大大節(jié)省了開發(fā)和維護費用基于虛擬儀器的諸多特點，并結合國內(nèi)外應用虛擬儀器開發(fā)的測試與分析系統(tǒng)的實例，本課題采用虛擬儀器技術對風機狀態(tài)試驗中試驗數(shù)據(jù)自動采集、風機工況自動調節(jié)、試驗數(shù)據(jù)自動處理等進行研究，研制一套風機狀態(tài)計算機自動檢測與分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)試驗過程的自動化，解除以往人工試驗的繁瑣過程，且消除試驗過程中測量及計算誤差，提高試驗結果的可靠性。2.3基于虛擬儀器的風機狀態(tài)試驗方法為適合現(xiàn)代測試系統(tǒng)的要求，需進行風機試驗臺的改造并設計適合的測試手段與測試方法，即進行系統(tǒng)總體方案的設計。由風機狀態(tài)試驗的過程可知其測試系統(tǒng)主要完成以下工作:風機狀態(tài)參數(shù)的測量；風機轉速的控制:風機狀態(tài)曲線的繪制；2.3.1方案比較與選擇19202122從整體規(guī)劃出發(fā)，并著眼于系統(tǒng)將來的發(fā)展和使用推廣前景，且考慮方案的實用性、可行性和通用性，作者經(jīng)過廣泛的調研，對國內(nèi)外各種虛擬儀器的功能和結構進行了分析23-27，結合本系統(tǒng)的特點和要求，對此系統(tǒng)提出了以下方案:(l)風機狀態(tài)參數(shù)的測量流量測量:流量測量方法有孔板測量法、動壓管測量法、進口集流器測量法28。動壓管測量法是在風管管道中安裝皮托管，皮托管接至傾斜微壓計，由傾斜微壓計讀出風管內(nèi)的靜壓與全壓，再經(jīng)過計算得到流量。在試驗過程中，皮托管每次所測數(shù)值只是皮托管所在位置的壓力值，要想測得管路的平均壓力值，需要根據(jù)等面積環(huán)法在管路的不同位置多次測量后取其平均值，此種方法存在測量過程復雜，測量精度不高等缺點?？装鍓翰罘ㄊ窃陲L管的適當位置安裝節(jié)流孔板，氣流經(jīng)過孔板后，壓力發(fā)生改變，根據(jù)孔板前后的壓力差即可計算出經(jīng)過風管的體積流量29?？装鍓翰罘ú粌H可一次測定風機流量，而且測值準確，所以本系統(tǒng)采用孔板壓差法來測量流量。功率測量:功率測量方法有電測法和扭矩法.電測